KR100666227B1

KR100666227B1 - 차량장착 전원 시스템

Info

Publication number: KR100666227B1
Application number: KR1020050075941A
Authority: KR
Inventors: 마코토 다니구치; 가츠노리 다나카
Original assignee: 가부시키가이샤 덴소
Priority date: 2004-08-23
Filing date: 2005-08-18
Publication date: 2007-01-11
Also published as: KR20060053124A; DE102005039362A1; FR2874463B1; DE102005039362B4; FR2874463A1; JP4254658B2; US7506182B2; JP2006060947A; US20060041765A1

Abstract

차량장착 전원 시스템에서, 차량용 발전기는 제1전지를 충전하기 위한 전압을 생성한다. 전력 변환 회로는 부하의 전력 소모가 특정값보다 낮을 때 또는 높을 때 각각 제1모드 또는 제2모드에서 동작하도록 전기 부하에 연결되는 제1전지와 제2전지 사이에 연결된다. 제1모드에서, 전력 변환 회로는 제2전지에서의 전압을 실질적으로 일정한 레벨로 유지하고, 제2모드에서, 제2전지에서의 전압은 제1전지에서의 전압에 따라 변화된다. 차량 속도 변화에 응답하여, 차량용 발전기는 전력 변환이 제1모드에서 수행되면 그 출력 전압이 제1비율(rate)에서 변화되고, 전력 변환이 제2모드에서 수행되면 출력 전압이 제1비율보다 낮은 제2비율에서 변화되도록 제어된다.

전원, 차량용 발전기, 전지, 충전, 부하

Description

차량장착 전원 시스템{Vehicle-Mounted Power Supply System}

도1은 본 발명의 제1실시예에 따른 차량장착 전원 시스템의 블록도.

도2는 도1의 시스템 제어 장치의 동작을 도시한 흐름도.

도3은 전력 소모가 비교적 낮을 때, 전원 시스템의 동작을 설명하기 위한 타이밍도.

도4는 전력 소모가 비교적 높을 때, 전원 시스템의 동작을 설명하기 위한 타이밍도.

도5는 본 발명의 다른 실시예의 블록도.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1,2: 전지 3: 전력 변환 장치

4: 스위치 5: 차량용 발전기

6: 전압 제어 장치 7: 시스템 제어 장치

9: 부하 10: 가속도계

본 발명은 축전지 충전 및 전기 부하로의 전원을 위한 차량장착 전원 시스템에 관한 것이다.

일본특허출원 제 6-296332호 및 제 2002-238103호에 설명된 바와 같이, 차량장착 전원 시스템은 연료 소모 및 배기 가스를 개선하기 위해 차량의 운행 상태에 따라 전기를 생성하도록 제어된다. 특히, 차량장착 전원 시스템은 차량의 운행 조건에 따라 다른 모드에서 동작한다. 감속되는 동안, 차량의 추진력을 전기 에너지로 전환하고 그것을 축전지로 돌려줌으로써 전력 재생성이 수행되고, 가속되는 동안, 생성하는 전력 대신에 돌려받은 전기 에너지를 이용하도록 전력 생성이 정지된다. 차량장착 전원 시스템은 보통 차량용 발전기에 의해 충전되는 제1축전지 및 전기 부하에 연결되는 제2축전지를 포함한다. 전력 변환 장치는 제1 및 제2축전지 사이에 제공된다. 전압 변화는 차량의 전기 부하의 양에 의존하여 제2축전지에서 발생할 수 있다. 전력 변환 장치는 제2축전지의 전압을 감시하고, 감시된 전압이 기준 전압으로부터 벗어나면, 제1축전지로부터 제2축전지로 전송되는 전력의 양을 제어한다. 전력 소모량이 적응 제어 범위 내에 있으면, 전력 변환 장치는 실질적으로 일정한 레벨로 제2축전지 전압을 유지하도록 잘 동작한다.

그러나, 간헐적 전력 재생성 및 정지는 차량의 전력 소모의 대변동을 일으키고, 이러한 변동은 결국 전력 변환 장치의 적응 제어 범위를 넘어설 것이다. 따라 서, 헤드라이트 및 에어컨 시스템에 공급되는 전압은, 조도 변화 및 송풍기-모터 속도 변화와 같은 원하지 않는 상황을 일으키는 대변동을 겪을 것이다. 문제점은 전력 변환 장치의 적응 제어 범위를 증가시킴으로써 극복될 것이다. 그러나, 그것은 전력 변환 장치의 크기 및 용량만 증가시킬 뿐이다. 그리고, 전원 시스템이 전력 정지 및 재생성 모드에서 동작하는 것을 방지함으로써, 이러한 원하지 않는 상황은 회피될 것이다. 그러나, 연료 소모 감소 및 유해 배기 가스 감소와 같은 이점이 없어질 것이다.

따라서, 변화되는 차량 동작 상태 하에, 전기 부하에 일정한 전압을 공급할 수 있는 차량장착 전원 시스템을 제공할 필요가 있다.

본 발명의 목적은 변화되는 차량 동작 상태 하에, 전기 부하에서 일정한 전압을 생성할 수 있는 차량장착 전원 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 연료 소모 감소 및 유해 배기 가스 감소를 보증하면서, 변화되는 차량 동작 상태 하에, 전기 부하에 일정한 전압을 공급할 수 있는 차량장착 전원 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 차량장착 전력 변환 장치를 위한 간결한 디자인을 허용하는 차량장착 전원 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 제1양태에 따르면, 제1축전지, 전압을 생성하고 그 생성되는 전압으로 제1축전지를 충전하기 위한 차량용 발전기, 전기 부하에 연결된 제2축전지 및 제1축전지와 제2축전지 사이에 연결된 전력 변환 회로를 포함하는 차량에 장착된 전원 시스템이 제공된다. 여기서, 전력 변환 회로는 제2축전지에서의 전압이 실질적으로 일정한 레벨에서 유지되는 제1모드 및 제2축전지에서의 전압이 제1축전지에서의 전압에 따라 변화되는 제2모드에서 동작가능하다. 제어 장치는 전기 부하의 전력 소모가 특정값보다 낮을 때, 제1모드에서 전력 변환 회로를 동작시키고, 생성되는 전압이 제1비율로 변환되도록 발전기를 제어하고, 전기 부하의 전력 소모가 특정값보다 높을 때, 제2모드에서 전력 변환 회로를 동작시키고, 생성되는 전압이 제1비율보다 낮은 제2비율에서 변환되도록 발전기를 제어하기 위해 제공된다.

제2양태에 따르면, 본 발명은 차량에 장착된 전원 시스템을 동작시키는 방법을 제공하고, 이 시스템은 제1축전지, 제1축전지를 충전하기 위한 전압을 생성하는 차량용 발전기, 전기 부하에 연결된 제2축전지 및 제1축전지와 제2축전지 사이에 연결된 전력 변환 회로를 포함하고, 동작 방법은 제2축전지에서의 전압이 실질적으로 일정한 레벨로 유지되도록, 전기 부하의 전력 소모가 특정값보다 낮을 때, 제1모드에서 전력 변환 회로를 동작시키고, 제2축전지에서의 전압이 제1축전지에서의 전압에 따라 변화되도록, 전력 소모가 특정값보다 높을 때, 제2모드에서 전력 변환 회로를 동작시키는 단계(a) 및 제1모드에서 전력 변환 회로가 동작할 때, 생성되는 전압이 제1비율로 변환되고, 제2모드에서 전력 변환 회로가 동작할 때, 생성되는 전압이 제1비율보다 낮은 제2비율에서 변환되도록 발전기를 제어하는 단계(b)를 포함한다.

도1에, 본 발명의 1실시예에 따른 차량장착 전원 시스템이 도시된다. 전원 시스템은 두 개의 납축전지(1,2)를 포함한다. 전지(2)는 부하회로(9)에 전류를 공급하고, 전지(1)는 전지(2)의 정격 전압보다 높은 정격 전압으로 차량용 발전기(5)에 의해 충전된다. 전지(1)와 전지(2) 사이에 연결된 전력 변환 장치(3)는 전지(1)로부터 전지(2)로 단방향 전력 변환을 수행한다. 선택적으로, 스위치(4)는 전력 변환 장치(3)와 병렬로 연결된다. 더욱 바람직하게, 스위치(4)는 큰 전류를 생성하는 잘 알려진 바운싱(bouncing) 효과를 겪는 기계적 동작의 스위치 이용보다 유리한 파워 트랜지스터(power transistor)와 구현된다.

전력 변환 장치(3) 및 스위치(4)는 전력 변환 회로를 구성한다. 전기 부하(9)의 전력 소모에 의존하여, 전력 변환 회로는 제1 및 제2모드 중 하나의 모드에서 동작한다. 제1(변환)모드에서, 전력 변환 회로는 전지(2)에서의 전압이 실질적으로 일정한 레벨로 유지되도록 전지(2)에서의 전압에 따라 동작한다. 제2(스트레이트 회로)모드에서, 전력 변환 회로는 전력 변환 기능을 일시 정지하고, 제2전지의 전압이 제1전지의 전압에 따라 변화되도록 스트레이트 회로를 형성한다.

전압 조정 장치(6)는 시스템 제어 장치(7)로부터 공급된 제어 신호에 따라 필드 코일 전류를 조정함으로써, 실질적으로 일정한 레벨에서 차량용 발전기(5)의 출력 전압을 제어한다.

차량용 발전기(5)는 차량의 기계 에너지를 전기에너지로 전환하고, 생성되는 에너지로 전지(1)를 충전한다. 가속도계(10)는 차량 속도 변화를 표시하기 위해, 시스템 제어 장치(7)로 신호를 공급한다.

후술하는 방식에서, 시스템 제어 장치(7)는 전력비 데이터 및 전압 조정 장치(6)로부터 공급된 다른 정보를 감시하고, 전기 부하(9)의 전력 소모의 크기를 판단한다. 부하 전력 판단 외에, 시스템 제어 장치(7)는 언제 차량 속도 변화가 발생하는지 판단하기 위해 가속도계(10)로부터 공급되는 차량 속도 신호를 감시한다.

전력 변환 장치(3)의 일례는 스위칭 파워 트랜지스터(31), 플라이휠 다이오드(32), 인덕터(33), 평활 캐퍼시터(34) 및 제어 회로(35)를 포함하는 DC-DC 변환 장치이다. 스위칭 파워 트랜지스터(31)는 전지(1)에 연결된 드레인 및 인덕터(33)의 하나의 단자에 연결된 소스, 전지(2)에 연결된 인덕터(33)의 다른 단자를 갖고 있다.

제어 회로(35)는 소정의 주파수(수십Hz ~ 100kHz 사이의 범위)에서 가변 기간의 펄스 열을 생성하고, 트랜지스터(31)를 주기 간격으로 전도하여, 그 결과, 인덕터(33) 및 캐퍼시터(34)를 통해 그라운드로의 고주파 발진이 이루어진다. 각 발진의 첫 반주기 동안, 전류는 캐퍼시터(34) 및 그 캐퍼시터를 충전하는 다이오드(32)를 통해 흐르고, 다음 반주기 동안, 반대 방향으로 흐르는 전류는 다이오드(32)에 의해 차단된다. 처리가 계속되면, 캐퍼시터(34)는 DC 전압으로 충전된다. 제어 회로(35)는 캐퍼시터(34) 양단의 전압을 감시하고 감시된 캐퍼시터 전압과 고정 기준 전압의 차이가 0으로 감소되도록 그 차이에 따라 펄스의 폭(듀티비(duty ratio)을 제어함으로써 펄스 폭 변조 모드에서 동작한다. 그 결과, 캐퍼시터(34) 양단의 DC 전압은 실질적으로 일정한 레벨로 유지된다.

전력 변환 장치(3) 및 스위치(4)는 전력 소모에 의존하여 시스템 제어 장치(7)로부터 공급된 명령 신호에 따라, 제1 및 제2 모드 중 하나의 모드에서 동작하는 전력 변환 회로를 구성한다.

감시된 신호에 따라, 시스템 제어부(7)는 판단된 전기 부하(9)의 전력 소모에 의존하여, 제1 및 제2 모드 중 하나의 모드에서 동작시킴으로써 전력 변환 회로를 제어한다.

구체적으로, 부하 전력 소모가 특정값보다 낮으면, 시스템 제어 장치(7)는 스위치(4)가 턴 오프(turn off)되는 제1(전력 변환)모드에서 전력 변환 회로를 설정하고, 전력 변환 장치(3)는 전지(2)에서의 전압이 일정하게 유지되도록 정상적으로 동작한다. 부하 전력 소모가 특정값보다 높으면, 시스템 제어 장치(7)는 다음의 대체 설정 중 하나의 설정을 이용하여, 스트레이트 회로 모드에서 전력 변환 회로를 설정한다.

1) 스위치(4)=오프 및 트랜지스터(31)=온(ON)

2) 스위치(4)=온 및 트랜지스터(31)=온 또는 오프

대체 설정(1)에서, 전지(1)로부터 전지(2)로 인덕터(31)를 통해 DC 전류 통과를 허용하기 위해 스위치(4)는 턴 오프되고, 트랜지스터(31)는 온 상태로 설정된다. 대체 설정(2)에서, 스위치(4)는 턴 온되고, 트랜지스터(31)는 온 또는 오프상태로 설정된다. 대체 설정(2)에서 트랜지스터(31)가 턴 온되면, 병렬 전류는 스위치(4) 및 인덕터(33)를 통해 흐른다. 대체 설정(2)에서 트랜지스터(31)가 턴 오프되면, 전류는 스위치(4)를 통해서만 흐른다.

발전기(5)의 출력 전압은 조정 장치(6)에 의해 하이, 중간 및 로우 타깃 레벨(각각 15.5볼트, 14.5볼트 및 12볼트) 중 하나의 레벨로 설정된다. 차량이 일정한 속도로 순항하면, 발전기(5)의 타깃 전압은 14.5볼트의 중간 레벨로 설정된다.

도2의 흐름도에 따르면, 시스템 제어 장치(7)는 전기 부하(9)의 전력 소모가 특정값보다 높은지 또는 낮은지의 여부를 판단하기 위해 전압 조정 장치(6)로부터 공급된 데이터를 검사하여, 단계(101)에서 시작하는 루틴을 실행한다.

판단된 전력 소모가 특정값보다 낮으면, 제어 장치(7)는 정상적인 전력 변환 모드(제1모드)에서 전력 변환 회로를 동작시킨다(102). 이 모드에서, 스위치(4)는 오프 상태로 설정된다. 판단된 전력 소모가 특정값보다 높으면, 전력 변환 회로는 전술한 바와 같이, 스트레이트 회로 모드(제2모드)로 설정된다(110).

정상적인 전력 변환 모드 동안(102), 전지(2)는 전력 변환 장치(3)를 통해 충전되고, 이 전지의 전압은 실질적으로 일정한 레벨로 유지된다. 제어 장치(7)는 가속도계(10)의 출력을 검사하기 위해 단계(103)를 진행하고, 차량의 속도 변화가 있는지 판단한다. 변화가 없으면, 흐름은 처리를 반복하기 위해 단계(101)로 복귀한다.

제어 장치(7)가 차량이 가속되는 것을 표시하는 속도 변화를 검출하면, 흐름은 발전기(5)의 목표 전압을 12볼트의 로우 레벨로 설정하도록 전압 조정 장치(6)를 제어하기 위해 단계(103)로부터 단계(104)를 진행한다. 이 설정으로, 발전기(5)의 출력 전압은 14.5볼트의 중간 목표 레벨에서부터 12볼트로 급격히 하강한다. 이 설정은 전력 변환 장치(3)로의 입력 전압이 전지(1)로부터만 공급되도록 발전기(5) 의 전력 생성을 정지함으로써 이루어진다.

흐름은 차량이 여전히 가속되는지를 검사하기 위해 단계(105)로 진행한다. 가속이 정지되었으면, 단계(105)에서의 판단은 음(negative)이고, 제어 장치(7)는 발전기(5)를 시동하기 위해 단계(108)로 진행하고 출력 전압을 14.5볼트의 중간 전압으로 설정하고 단계(101)로 복귀한다.

단계(103)에서의 판단이 차량이 감속되는 것을 표시하면, 흐름은 발전기(5)를 15.5볼트의 하이 목표 전압으로 설정하기 위해 단계(10)로 진행한다. 그 결과, 발전기(5)의 출력 전압은 중간 목표 레벨레서부터 하이 목표 레벨로 급격히 상승한다. 단계(107)의 판단에서, 제어 장치(7)는 감속이 여전히 계속되는지를 판단한다. 차량 동작이 감속으로부터 일정한 순항 속도로 변화하면(107), 출력 전압이 하이 목표 레벨에서부터 중간 목표 레벨로 급격히 하강하도록 차량용 발전기(5)를 중간 목표 전압으로 설정하기 위해 흐름은 단계(108)로 진행한다. 차량이 일정한 속도로 운행하는 동안, 발전기(5)의 출력은 중간 목표 레벨로 유지되고, 전기 부하(9)의 전력 소모 및 가속도계(10)의 출력을 감시하기 위해 단계(101,102 및 103)가 반복된다.

전기 부하(9)의 전력 소모가 특정값보다 높게 상승하면, 단계(101)에서의 판단은 음이고, 로우-임피던스 경로가 전지(1)와 전지(2) 사이에 성립되도록 스트레이트 회로 모드로 전력 변환 회로를 설정하기 위해 흐름은 단계(110)로 진행한다. 후속 단계(111)에서, 가속도계(10)의 출력이 검사된다. 차량이 가속되면, 발전기 출력 전압이 로우 목표 전압에 도달할 때까지 소정의 비율로 점진적으로 감소되도 록 전압 조정 장치(6)를 제어하기 위해 흐름은 단계(112)로 진행한다. 로우 목표 전압에 도달하면, 제어 장치(7)는 발전기(5)를 비활동 상태로 설정한다. 흐름은 가속도계(10)를 검사하기 위해 단계(113)의 판단으로 진행한다. 차량 속도가 가속 상태로부터 순항 상태로 변화하면, 단계(113)의 판단은 음이고, 제어 장치(7)는 단계(116)로 진행한다. 단계(116)에서, 제어 장치(7)는 전압 조정 장치(6)가 발전기(5)의 출력 전압을 로우 목표 레벨에서부터 중간 목표 레벨에 도달할 때까지 소정의 비율로 점진적으로 증가시키도록 전압 조정 장치(6)를 시동하고, 처리를 반복하게 위해 단계(101)로 복귀한다.

단계(111)에서의 판단이 차량이 감속된다는 것을 표시하면, 흐름은 발전기(5)의 출력 전압이 15.5볼트의 하이 목표 전압에 도달할 때까지 소정의 비율로 점진적으로 증가되도록 전압 조정 장치(6)를 제어하기 위해 단계(114)로 진행하고 나서, 단계(115)의 판단으로 진행한다. 차량 동작이 감속 상태에서 순항 상태로 변화하면(115), 차량이 지금 순항하고 있다는 것으로 판단하고, 흐름은 발전기(5)의 출력이 하이 목표 레벨에서부터 중간 목표 레벨까지 소정의 비율로 점진적으로 감소되도록 전압 조정 장치(6)를 제어하기 위해 단계(116)로 진행하고 나서, 단계(101)로 복귀한다. 차량이 계속해서 순항하면, 발전기(5)의 출력은 중간 목표 레벨로 유지되고, 전기 부하(9)의 전력 소모 및 가속도계(10)의 출력을 감시하기 위해 단계(101,110 및 111)가 반복된다.

다음으로, 부하(9)의 전력 소모가 특정값보다 낮고(101) 전력 변환 회로가 정상 전력 변환 회로 모드(제1모드)에서 동작할 때(102), 도3의 타이밍도를 참조하 여 본 발명의 전원 시스템의 동작을 설명한다.

처음에, 차량은 순항 속도로 운행하고, 발전기 출력 전압은 중간 목표 레벨로 유지된다.

차량이 t1에서 t2 시간 동안 가속되면(103), 시스템 제어 장치(7)는 발전기(5)가 전력 생성을 정지하도록 전압 조정 장치(6)를 제어하고, 그 목표 전압은 12볼트의 로우 레벨로 설정된다(104). 그 결과, DC-DC 변환 장치(3)의 입력 전압은 전지(1)의 전압과 동일해지고, 이 전압은 도4에 도시된 바와 같이 중간 목표 레벨에서부터 로우 목표 레벨로 점진적으로 감소된다.

t2에서 t3 시간 동안, 차량은 순항 속도로 운행한다. 발전기(5)는 목표 전압을 중간 레벨(14.5볼트)로 설정하도록 시동된다(105,108). 전지(1)의 전압은 중간 목표 레벨에 도달할 때까지 점진적으로 증가된다.

t3에서 t4 시간 동안, 차량은 감속된다. 발전기(5)는 목표 전압을 하이 레벨(15.5볼트)로 설정하도록 제어된다(103,106). 전지(1)의 전압은 중간 목표 레벨에서부터 하이 목표 레벨에 도달할 때까지 점진적으로 증가된다.

t4에서 t5 시간 동안, 차량은 순항 속도로 동작한다. 발전기(5)는 목표 전압을 중간 레벨로 설정하도록 제어된다(107,108). 전지(1)의 전압은 하이 목표 레벨에서부터 중간 목표 레벨에 도달할 때까지 점진적으로 감소된다.

t5에서 t6 시간 동안, 차량은 다시 감속된다. 발전기(5)는 목표 전압을 하이 레벨로 설정하도록 제어된다(103,106). 전지(1)의 전압은 중간 레벨에서부터 하이 레벨에 도달할 때까지 점진적으로 증가된다. 유사한 동작이 후속 시간 동안 발생한 다.

차량이 감속될 때, 발전기(5)는 출력 전압을 증가시키기 위해 시동한다. 발전기(5)의 활동은 차량의 추진력을 전기 에너지로 전환하고 그 에너지를 전지(1)로 돌려줌으로써 회생 제동 효과를 이용하는 것이다. 차량이 가속되면, 발전기(5)는 전력 생성을 정지하도록 비활동 상태가 된다. 이 발전기(5)의 비활동 상태는 전환된 전기 에너지를 이용하여 연료 소모 및 유해 배기 가스를 줄일 것이다.

발전기(5)의 출력이 시스템 제어 장치(7)의 제어 하에 급격히 변화되면, 제2전지(2)의 전압도 대응하여 변화될 것이다. 그러나, 낮은 전력 소모 때문에, 전지(2)의 전압은 전력 변환 장치(3)의 적응 제어 범위 내에서 변화된다. 따라서, 전력 변환 장치(3)가 출력 전압이 기준 레벨로부터 벗어날 때를 검출하면, 전력 변환 장치(3)는 벗어난 정도가 거의 0으로 줄어들도록 두 전압 사이의 차이에 따라 스위칭 트랜지스터(31)의 듀티비를 제어한다. 이렇게 해서, 전지(2)에서의 전압은 도3에 도시된 바와 같이 실질적으로 일정한 레벨로 유지된다.

다음으로, 부하(9)의 전력 소모가 특정값보다 높고(101) 전력 변환 회로가 스트레이트 회로 모드로 설정될 때(101), 도4를 참조하여 전원 시스템의 동작을 설명한다.

처음에, 차량은 순항 속도로 운행한다. 시간 t11 이전의 초기 시간 동안, 발전기 출력 전압은 중간 목표 레벨 14.5볼트로 유지되고, 전지(1 및 2)의 전압은 둘 다 중간 목표 레벨로 유지된다.

차량이 t11에서 t12 시간 동안 가속되면(111), 시스템 제어 장치(7)는 발전 기(5)가 출력 전압을 12볼트의 로우 목표 레벨에 도달할 때까지 점진적으로 감소시키도록 전압 조정 장치(6)를 제어한다(112). 그 결과, 전지(1 및 2)의 전압은 도4에 도시된 바와 같이 중간 목표 레벨에서부터 로우 목표 레벨로 동시에 감소된다.

t12에서 t13 시간 동안, 차량은 순항 속도로 운행하고, 발전기(5)는 출력 전압을 로우 목표 레벨에서부터 중간 목표 레벨(14.5볼트)로 점진적으로 증가시키도록 제어된다(113,116). 전지(1 및 2)의 전압은 로우 목표 레벨에서부터 중간 목표 레벨에 도달할 때까지 점진적으로 증가된다.

t13에서 t14 시간 동안, 차량은 감속되고, 발전기(5)는 출력 전압을 중간 목표 레벨로부터 하이 목표 레벨(15.5볼트)로 점진적으로 증가시키도록 제어된다(111,114). 전지(1 및 2)의 전압은 중간 목표 레벨에서부터 하이 목표 레벨까지 점진적으로 증가된다.

t14에서 t15 시간 동안, 차량은 순항 속도로 운행하고, 발전기(5)는 출력 전압을 하이 목표 레벨에서부터 중간 목표 레벨에 도달할 때까지 점진적으로 감소시키도록 제어된다(115,116). 전지(1 및 2)의 전압은 하이 목표 레벨에서부터 중간 목표 레벨에 도달할 때까지 점진적으로 감소된다.

t15에서 t16 시간 동안, 차량은 다시 감속된다. 발전기(5)는 출력 전압을 중간 목표 레벨로부터 하이 목표 레벨로 점진적으로 증가시키도록 제어된다(111,114). 전지(1 및 2)의 전압은 중간 레벨에서부터 점진적으로 증가된다. 유사한 동작이 후속 시간 동안 발생한다.

발전기(5)의 출력이 전지(2)에 직접 결합하기 때문에, 전력 변환 장치(3)는 도3의 경우와 같이 "전압 안정기"로서의 기능을 하지 않는다. 그러나, 차량이 속도를 변화시키는 각 시간의 발전기 전압의 점진적 변화는 전지(2)에서의 전압의 전체 변화율을 감소시키는 효과가 있다. 우선의 실시예에서, 차량용 발전기(5)가 생성한 전압은 1초당 1볼트의 비율로 변화된다. 구체적으로, 이 전압 변화는 발전기(5)의 필드 전류를 제어함으로써 이루어진다. 대신에, 발전기의 스위칭 트랜지스터의 온-오프 듀티비는 생성되는 전압의 변화율을 제어하는 데 이용될 수 있다.

그리고, 스트레이트 회로 모드 동안, 차량이 감속될 때 생성되는 전기 에너지는 부하(9)에서 소모되고, 가속하는 동안 사용할 목적으로 전력을 비축하기 위해 전지(1)로 되돌려지지 않는다. 스트레이트 회로 모드 동안의 연료 소모 및 유해 배기 가스의 감소가 전력 변환 모드에서 만큼 탁월하지는 않지만, 전체적인 개선은 여전히 이루어질 수 있다.

또한, 본 발명의 듀얼모드 전력 변환은 저비용, 저손실의 소형 전력 변환 장치를 위한 간결한 디자인을 허용하고, 좁은 공간에 쉽게 설치되고 쉽게 냉각될 수 있게 한다. 더 구체적으로, 전력 변환 장치(3)의 정격 용량은 발전기(5) 정격 용량의 1/2로 감소되거나 발전기(5)의 정격 용량보다 적어질 수 있다.

도5는 전력 변환 장치(3)의 다른 예를 도시한다. 이 일례에서, 전지(1)와 전지(2) 사이에서 "가변 저항"으로 작용하기 위해 비포화, 선형 증폭 모드에서 동작하는 파워 트랜지스터(36)가 제공된다. 연산 증폭기(38)는 기준 전압원(39)과 전지(2)에 연결된 분압기(37) 사이의 전압 차이에 따라 파워 트랜지스터(36)의 게이트를 구동한다. 도2에 도시된 일례의 경우만큼의 스위칭 잡음이 없기 때문에, 이 유 형의 전력 변환 장치는 전자파 적합성 및 감소된 사이즈에 있어서 유리하다.

전술한 실시예에서와 같이, 부하 전력 소모가 특정값보다 낮으면, 시스템 제어 장치(7)는 스위치(4)를 오프 상태로 설정하고 전력 변환 장치(3)를 정상 전력 변환 모드로 설정하여, 전력 변환 회로를 전력 변환 모드로 설정한다. 부하 전력 소모가 특정값보다 높으면, 시스템 제어 장치(7)는 다음의 대체 설정 중 하나의 설정을 이용하여, 전력 변환 회로를 스트레이트 회로 모드로 설정한다.

3) 스위치(4)=오프 및 트랜지스터(36)=고정 단위이득

4) 스위치(4)=온 및 트랜지스터(36)=고정 단위이득 또는 고정 영이득

대체 설정(3)에서, 스위치(4)는 턴 오프 되고, 트랜지스터(36)는 전지(1)로부터 전지(2)로 DC 전류의 통과를 허용하도록 단위이득으로 고정된다. 대체 설정(4)에서, 스위치(4)는 턴 온되고, 트랜지스터(36)는 단위이득 또는 영이득으로 고정된다. 트랜지스터(36)가 대체 설정(4)에서 단위이득으로 고정되면, 전류는 스위치(4) 및 전력 변환 장치(3)를 통해 병렬로 흐른다. 트랜지스터(36)가 대체 설정(4)에서 영이득으로 고정되면, 전류는 스위치(4)를 통해서만 흐른다.

납축전지가 소스 전지(1)로 이용되는 실시예를 설명하였지만, 또한, 리튬 전지가 대신 이용될 수 있다. 납축전지와 비교해 볼 때, 리튬 전지는 낮은 내부 저항을 갖고 있어서, 차량 가속시에 낮은 에너지 손실로 발전기에 의해 빠르게 충전된다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따르면, 변화되는 차량 동작 상태 하에, 전기 부하에서 일정한 전압을 생성할 수 있는 차량장착 전원 시스템이 제공된다. 또한, 연료 소모 감소 및 유해 배기 가스 감소를 보증하면서, 변화되는 차량 동작 상태 하에, 전기 부하에 일정한 전압을 공급할 수 있는 차량장착 전원 시스템이 제공된다. 또한, 차량장착 전력 변환 장치를 위한 간결한 디자인을 허용하는 차량장착 전원 시스템이 제공된다.

Claims

차량에 장착된 전원 시스템에 있어서,

제1축전지;

전압을 생성하고, 상기 생성되는 전압으로 상기 제1축전지를 충전하기 위한 차량용 발전기;

전기 부하에 연결된 제2축전지;

상기 제1축전지와 제2축전지 사이에 연결되고, 상기 제2축전지에서의 전압이 실질적으로 일정한 레벨로 유지되는 제1모드 및 상기 제2축전지에서의 전압이 상기 제1축전지에서의 전압에 따라 변화되는 제2모드에서 동작 가능한 전력 변환 회로; 및

상기 전기 부하의 전력 소모가 특정값보다 낮으면 상기 제1모드에서 상기 전력 변환 회로를 동작시키고 상기 생성되는 전압이 제1비율로 변화되도록 상기 발전기를 제어하고, 상기 전기 부하의 전력 소모가 상기 특정값보다 높으면 상기 제2모드에서 상기 전력 변환 회로를 동작시키고 상기 생성되는 전압이 상기 제1비율보다 낮은 제2비율로 변화되도록 상기 발전기를 제어하는 제어 장치

를 포함하는 차량장착 전원 시스템.
제1항에 있어서,

상기 전력 변환 회로는,

상기 제1축전지와 상기 제2축전지 사이에 연결된 반도체 스위칭 소자를 구비한 전력 변환 장치; 및

상기 전력 변환 회로가 상기 제1모드에서 동작하는 경우, 상기 제2축전지에서의 전압에 따라 반도체 스위칭 소자를 제어하고, 계속해서 상기 전력 변환 회로가 상기 제2모드에서 동작하는 경우, 상기 반도체 스위칭 소자를 도체 상태로 설정하기 위한 제어 회로를 포함하는

차량장착 전원 시스템.
제1항에 있어서,

상기 전력 변환 회로는,

전력 변환 장치; 및

상기 전력 변환 장치와 병렬로 연결된 스위치를 포함하고,

여기서, 상기 전력 변환 장치는,

상기 제1축전지와 상기 제1축전지 사이에 연결된 반도체 스위칭 소자; 및

상기 전력 변환 회로가 상기 제1모드에서 동작하는 경우, 상기 제2축전지에서의 전압에 따라 반도체 스위칭 소자를 제어하고, 계속해서 상기 전력 변환 회로가 상기 제2모드에서 동작하는 경우, 상기 반도체 스위칭 소자를 도체 및 부도체 상태 중 하나의 상태로 설정하기 위한 제어 회로를 포함하고,

상기 제어 장치는, 상기 전력 변환 회로가 상기 제1모드에서 동작하는 경우, 스위치를 부도체 상태로 설정하고, 상기 전력 변환 회로가 상기 제2모드에서 동작하는 경우, 스위치를 도체 상태로 설정하도록 구성된

차량장착 전원 시스템.
제1항에 있어서,

상기 제어 장치는 상기 차량의 속도 변화에 응답하여, 상기 차량이 가속되면 상기 생성되는 전압이 감소되고 상기 차량이 감속되면 상기 생성되는 전압이 증가되도록 상기 발전기를 제어하는

차량장착 전원 시스템.
제1항에 있어서,

상기 전력 변환 장치는 상기 발전기 정격 용량의 1/2 또는 발전기의 정격 용량보다 적은 정격 용량을 갖는

차량장착 전원 시스템.
제1항에 있어서,

상기 제어 장치는 상기 발전기의 목표 전압을 제어함으로써 상기 생성되는 전압의 가변 설정을 수행하는

차량장착 전원 시스템.
제1항에 있어서,

상기 제어 장치는 상기 발전기의 필드 전류를 제어함으로써 상기 생성되는 전압의 가변 설정을 수행하는

차량장착 전원 시스템.
제1항에 있어서,

상기 제1축전지는 상기 제2축전지의 정격 전압보다 높은 정격 전압을 갖는

차량장착 전원 시스템.
제3항에 있어서,

상기 전력 변환 장치의 제어 회로는 상기 제2축전지에서의 전압에 따라 펄스 폭 변조 모드에서 상기 반도체 스위칭 소자를 제어하는

차량장착 전원 시스템.
제3항에 있어서,

상기 전력 변환 장치의 제어 회로는 상기 제2축전지에서의 전압에 따라 비포화 모드에서 상기 반도체 스위칭 소자를 제어하는

차량장착 전원 시스템.
제4항에 있어서,

상기 스위치는 반도체 스위칭 소자를 포함하는

차량장착 전원 시스템.
제1항에 있어서,

상기 낮은 비율은 1초당 1볼트의 비율과 동일한

차량장착 전원 시스템.
제1항에 있어서,

상기 전력 변환 회로가 상기 제1모드에서 동작할 때, 상기 차량이 가속 상태이면, 상기 제어 장치는 상기 생성되는 전압이 로우 목표 레벨로 설정되도록 상기 발전기를 제어하고, 상기 차량이 감속 상태이면, 상기 생성되는 전압이 하이 목표 레벨로 설정되도록 상기 발전기를 제어하고, 상기 차량이 속도를 가속 또는 감속 상태로부터 순항 상태로 변화시키면, 상기 생성되는 전압이 상기 하이 목표 레벨과 상기 로우 목표 레벨 사이의 중간 목표 레벨로 설정되도록 상기 발전기를 제어하고,

상기 전력 변환 회로가 상기 제2모드에서 동작할 때, 상기 차량이 가속 상태이면, 상기 제어 장치는 상기 생성되는 전압이 상기 로우 목표 레벨에 도달할 때까지 점진적으로 감소되도록 상기 발전기를 제어하고, 상기 차량이 감속 상태이면, 상기 생성되는 전압이 상기 하이 목표 레벨에 도달할 때까지 점진적으로 증가되도록 상기 발전기를 제어하고, 상기 차량이 속도를 가속 또는 감속 상태로부터 순항 상태로 변화시키면, 상기 생성되는 전압이 상기 중간 목표 레벨에 도달할 때까지 점진적으로 변화되도록 상기 발전기를 제어하는

차량장착 전원 시스템.
차량에 장착된 전원 시스템을 동작시키는 방법 - 여기서, 상기 시스템은 제1축전지, 상기 제1축전지를 충전하기 위한 전압을 생성하기 위한 차량용 발전기, 전기 부하에 연결된 제2축전지 및 상기 제1축전지와 상기 제2축전지 사이에 연결된 전력 변환 회로를 포함함 - 에 있어서,

a) 상기 전기 부하의 전력 소모가 특정값보다 낮으면, 상기 제2축전지에서의 전압이 일정한 레벨로 실질적으로 유지되도록 제1모드에서 상기 전력 변환 회로를 동작시키고, 상기 전력 소모가 특정값보다 높으면, 상기 제2축전지에서의 상기 전압이 상기 제1축전기에서의 전압에 따라 변화되도록 제2모드에서 상기 전력 변환 회로를 동작시키는 단계; 및

b) 상기 전력 변환 회로가 상기 제1모드에서 동작하는 경우, 상기 생성되는 전압이 제1비율로 변화되고, 상기 전력 변환 회로가 상기 제2모드에서 동작하는 경우, 상기 생성되는 전압이 상기 제1비율보다 낮은 제2비율로 변화되도록 상기 차량용 발전기를 제어하는 단계

를 포함하는 방법.
제14항에 있어서,

단계(b)는 상기 차량의 속도 변화를 검출하는 단계, 상기 차량의 가속에 응답하여 상기 생성되는 전압을 감소시키도록 상기 발전기를 제어하는 단계, 상기 차량의 감속에 응답하여 상기 생성되는 전압을 증가시키도록 상기 발전기를 제어하는 단계를 포함하는

방법.
제14항에 있어서,

상기 전력 변환 회로가 상기 제1모드에서 동작할 때, 단계(b)는,

상기 차량이 가속 상태이면, 상기 생성되는 전압이 로우 목표 레벨로 설정되도록 상기 발전기를 제어하는 단계;

상기 차량이 감속 상태이면, 상기 생성되는 전압이 하이 목표 레벨로 설정되도록 상기 발전기를 제어하는 단계; 및

상기 차량이 속도를 가속 또는 감속 상태로부터 순항 상태로 변화시키면, 상기 생성되는 전압이 상기 하이 목표 레벨과 상기 로우 목표 레벨 사이의 중간 목표 레벨로 설정되도록 상기 발전기를 제어하는 단계를 포함하고,

상기 전력 변환 회로가 상기 제2모드에서 동작할 때, 단계(b)는,

상기 차량이 가속 상태이면, 상기 생성되는 전압이 상기 로우 목표 레벨에 도달할 때까지 점진적으로 감소되도록 상기 발전기를 제어하는 단계;

상기 차량이 감속 상태이면, 상기 생성되는 전압이 상기 하이 목표 레벨에 도달할 때까지 점진적으로 증가되도록 상기 발전기를 제어하는 단계; 및

상기 차량이 속도를 가속 또는 감속 상태로부터 순항 상태로 변화시키면, 상기 생성되는 전압이 상기 중간 목표 레벨에 도달할 때까지 점진적으로 변화되도록 상기 발전기를 제어하는 단계를 포함하는

방법.